stringtranslate.com

Транзистор с диффузным переходом

Транзистор с диффузным переходом — это транзистор, сформированный путем диффузии легирующих примесей в полупроводниковую подложку . Процесс диффузии был разработан позже, чем процессы сплавного перехода и выращенного перехода для создания биполярных транзисторов (BJT).

В 1954 году Bell Labs разработала первый прототип биполярного транзистора с диффузным переходом. [1]

Транзистор с диффузной базой

Самые ранние транзисторы с диффузным переходом были транзисторами с диффузной базой . Эти транзисторы все еще имели эмиттеры из сплава, а иногда и коллекторы из сплава, как и более ранние транзисторы с диффузным переходом. Только база была диффузной в подложку. Иногда подложка образовывала коллектор, но в транзисторах, таких как микросплавные диффузные транзисторы Philco , подложка была основной частью базы.

Двойная диффузия

В Bell Labs Кэлвин Саутер Фуллер разработал базовое физическое понимание способа прямого формирования эмиттера, базы и коллектора путем двойной диффузии. Метод был обобщен в истории науки в Bell: [2]

«Фуллер показал, что акцепторы с низким атомным весом диффундируют быстрее, чем доноры , что сделало возможными структуры n–p–n путем одновременной диффузии доноров и акцепторов с соответственно различными поверхностными концентрациями. Первый n-слой (эмиттер) образовался из-за большей поверхностной концентрации донора (например, сурьмы ). База образовалась за его пределами из-за более быстрой диффузии акцептора (например, алюминия ). Внутренняя (коллекторная) граница базы появилась там, где диффундирующий алюминий больше не компенсировал фоновое легирование n-типа исходного кремния . Базовые слои полученных транзисторов имели толщину 4 мкм. ... Полученные транзисторы имели граничную частоту 120 МГц».

Меза-транзистор

Сравнение меза (слева) и планарной (Херни, справа) технологий. Размеры показаны схематично.

Компания Texas Instruments изготовила первые кремниевые транзисторы с выращенным переходом в 1954 году. [3] Диффузный кремниевый мезатранзистор был разработан в Bell Labs в 1955 году и поступил в продажу компанией Fairchild Semiconductor в 1958 году. [4]

Эти транзисторы были первыми, которые имели как диффузные базы, так и диффузные эмиттеры. К сожалению, как и у всех более ранних транзисторов, край коллекторно-базового перехода был открыт, что делало его чувствительным к утечкам через поверхностное загрязнение, поэтому требовалось герметичное уплотнение или пассивация для предотвращения ухудшения характеристик транзистора с течением времени. [5]

Планарный транзистор

Упрощенное поперечное сечение плоского npn- транзистора с биполярным переходом

Планарный транзистор был разработан доктором Жаном Эрни [6] в компании Fairchild Semiconductor в 1959 году. Планарный процесс , используемый для изготовления этих транзисторов, сделал возможным массовое производство монолитных интегральных схем .

Планарные транзисторы имеют слой пассивации кремния для защиты краев перехода от загрязнения, что позволяет использовать недорогую пластиковую упаковку без риска ухудшения характеристик транзистора с течением времени.

Первые планарные транзисторы имели скорость переключения намного ниже, чем у транзисторов с переходом из сплава того периода, но поскольку их можно было производить массово, а транзисторы с переходом из сплава — нет, они стоили намного дешевле, а характеристики планарных транзисторов улучшались очень быстро, быстро превзойдя характеристики всех более ранних транзисторов и сделав более ранние транзисторы устаревшими.

Ссылки

  1. ^ Прототип триода с диффузной базой от Bell Labs, Музей транзисторов, Историческая фотогалерея транзисторов.
  2. ^ Редактор S. Millman (1983) История инженерии и науки в Bell System , том 4: Физические науки, Bell Labs ISBN  0-932764-03-7 стр. 426
  3. ^ Лекюайе, Кристоф; Брок, Дэвид С. (2010). Создатели микрочипа: документальная история Fairchild Semiconductor. MIT Press. ISBN 9780262014243., стр. 11.
  4. ^ Лекуйер и Брок, 2010, стр. 10–22.
  5. ^ Риордан, Майкл (декабрь 2007 г.). «Решение на основе диоксида кремния: как физик Жан Эрни построил мост от транзистора к интегральной схеме». IEEE Spectrum . IEEE. Архивировано из оригинала 15 февраля 2011 г. Получено 28 ноября 2012 г.
  6. ^ Fairchild 2N1613, Музей транзисторов, Историческая фотогалерея транзисторов.